(57)【要約】  給電コイル（２１）は、第１ブースターコイル（コイル（１１，１３））及び第２ブースターコイル（コイル（１２，１４））と電磁界を介して結合する。給電コイル（２１）のうち第１領域（左半分）が第１ブースターコイル（コイル（１１，１３））と重なり、第２領域（右半分）が第２ブースターコイル（コイル（１２，１４））と重なるように配置されている。給電コイル（２１）の第１領域が第１ブースターコイル（コイル（１１，１３））と電磁界を介して結合し、給電コイル（２１）の第２領域が第２ブースターコイル（コイル（１２，１４））と電磁界を介して結合する。これにより、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、ＲＦ信号の伝達効率に優れ、さらにはヌル点の発生を抑制したアンテナ、及びそれを備えたＲＦＩＤデバイスを構成する。
2012005278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ブースターコイルと第２ブースターコイルとで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを備え、
前記第１ブースターコイルと前記第２のブースターコイルは直列接続され、
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとは互いに隣接配置され、
前記給電コイルは、前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとの隣接する位置に重ねて配置され、
前記第１ブースターコイルに対する前記第２ブースターコイルの巻回方向は、前記給電コイルが前記第１ブースターコイル及び前記第２ブースターコイルに対して電磁界を介して同相で結合する方向である、アンテナ。
【請求項２】
前記第１ブースターコイル及び前記第２ブースターコイルは複数の層に積層配置された、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
層方向に隣接する第１のブースターコイル同士または層方向に隣接する第２のブースターコイル同士の少なくとも一方は容量を介して結合している、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとが隣接する部分における前記第１ブースターコイルの内周から前記第２ブースターコイルの内周までの距離は、前記給電コイルの外周の幅よりも大きい、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとの間隔は前記第１ブースターコイル及び第２ブースターコイルの導体間隔より広い、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記給電コイルの共振周波数、または前記給電コイルとこの給電コイルに接続される給電回路とによる回路の共振周波数は、前記ブースターアンテナの共振周波数よりも高い、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナと、前記アンテナの給電コイルに接続された給電回路とを備え、前記給電回路にＲＦＩＣを備えたＲＦＩＤデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムのような無線通信システムに用いられるアンテナ及びそれを備えたＲＦＩＤデバイスに関し、特にＨＦ帯のＲＦＩＤシステムに適用されるアンテナ及びＲＦＩＤデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物品の情報管理を行うための無線通信システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグとを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。ここで、ＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定のＲＦ信号を処理するＲＦＩＣチップと、ＲＦ信号の送受信を行うアンテナとを備えている。【０００３】
たとえば特許文献１には、ブースターコイルを用いたＲＦＩＤタグが開示されている。図１はそのＲＦＩＤタグに備えられたブースターコイルとＩＣ素子との配列を示す平面図である。このＲＦＩＤタグは、アンテナコイルが一体形成されたＲＦＩＣ２と、ブースターコイル３及び静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂが形成された絶縁部材６と、これらを一体にケーシングする基体とで構成されている。ＲＦＩＣ２には、矩形スパイラル状のアンテナコイルが一体に形成されていて、そのアンテナコイルが絶縁部材６のブースターコイル形成面側に向けて取り付けられている。【０００４】
絶縁部材６の裏面には表面に導体膜４ａ，４ｂに対向する静電容量接続用の導体膜５ａ，５ｂが形成される。また、絶縁部材６の表面側に形成された静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂは、前記したように、ブースターコイル３を介して電気的に接続され、絶縁部材６の裏面側に形成された静電容量接続用の導体膜は導線を介して電気的に接続されている。【０００５】
このＲＦＩＤタグにおいては、ＲＦＩＣ２のアンテナコイルとブースターコイル３とが電磁界結合して、ＲＦＩＣ２とブースターコイル３との間で信号が伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０４２０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１に示したようなＲＦＩＤタグにおいては、アンテナコイルはＲＦＩＣチップと同サイズ、ブースターコイルはカードサイズであるため、両者のサイズが大きく異なる。そのため、アンテナコイルとブースターコイルとの結合度を高くすることが難しい。なお、特許文献１には、ブースターコイルのうちＲＦＩＣチップが搭載される部分の形状をアンテナコイルに近似した形状とし、ＲＦＩＣチップ側のアンテナコイルとブースターコイルとの結合度を高くする構造が開示されているが、この構造では、ブースターコイルの形状が複雑化するとともに、ブースターコイルの外形寸法が大きくなってしまう傾向にある。【０００８】
また、アンテナコイルとブースターコイルを備えたアンテナにおいては、一般に、アンテナコイルとブースターコイルとが重なる領域またはその近傍を通る磁束が互いに打ち消し合う状況が生じる。図１に示したアンテナにおいても、例えば磁束Ｂ０とＢ１は何れもアンテナコイルとブースターコイルを同方向に通過するが、磁束Ｂ２はアンテナコイルとブースターコイルを逆方向に通過する。そのため、アンテナコイルによって形成される磁界とブースターコイルによって形成される磁界とが打ち消し合うヌル点が生じる場合がある。このヌル点ではリードライトができなくなってしまう。【０００９】
本発明は、上述した実情に鑑み、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、ＲＦ信号の伝達効率に優れ、さらにはヌル点の発生を抑制したアンテナ、及びそれを備えたＲＦＩＤデバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のアンテナは次のように構成する。
第１ブースターコイルと第２ブースターコイルとで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを備え、
前記第１ブースターコイルと前記第２のブースターコイルは直列接続され、
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとは互いに隣接配置され、
前記給電コイルは、前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとの隣接する位置に重ねて配置され、
前記第１ブースターコイルに対する前記第２ブースターコイルの巻回方向は、前記給電コイルが前記第１ブースターコイル及び前記第２ブースターコイルに対して電磁界を介して同相で結合する方向とする。【００１１】
この構成により、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、ＲＦ信号の伝達効率に優れたアンテナが得られる。【００１２】
前記第１ブースターコイル及び前記第２ブースターコイルは複数の層に積層配置された構造とすれば、ブースターアンテナに対して給電コイルを小型にしつつ、ブースターアンテナと給電コイルとの結合度を高めることができる。【００１３】
また、層方向に隣接する第１のブースターコイル同士または層方向に隣接する第２のブースターコイル同士の少なくとも一方を容量を介して結合させると、例えばビア電極を形成する必要がなく、構成を簡素にでき、製造が容易になる。【００１４】
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとが隣接する部分における前記第１ブースターコイルの内周から前記第２ブースターコイルの内周までの距離は、前記給電コイルの外周の幅よりも大きいことが好ましい。この構成によれば、ヌル点の発生を抑制できる。【００１５】
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとの間隔は前記第１ブースターコイル及び第２ブースターコイルの導体間隔より広いことが好ましい。そのことにより、アンテナの共振周波数と反共振周波数との差が広がり、なだらかな共振特性になる。このため、通信相手（リーダーアンテナ）との磁気結合の度合いによる中心周波数のずれが小さくなり、その結果、読み取り距離変化（ぶれ）が小さくなる。【００１６】
前記給電コイルの共振周波数、または前記給電コイルとこの給電コイルに接続される給電回路とによる回路の共振周波数は、前記ブースターアンテナの共振周波数よりも高くする。この構成により、給電コイルとブースターアンテナとが磁界結合して互いの結合度を高めることができ、ブースターアンテナとリーダライタアンテナ間も磁界を介した通信が可能となる。【００１７】
また、本発明のＲＦＩＤデバイスは、前記アンテナと、その給電コイルに接続された給電回路とを備え、前記給電回路はＲＦＩＣを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、給電コイルとブースターアンテナとの結合度が高く、ＲＦ信号の伝達効率に優れ、さらにはヌル点の発生が抑制されたアンテナ、及びそのアンテナを備えたＲＦＩＤデバイスが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は従来のＲＦＩＤタグに備えられたブースターコイルとＩＣ素子との配列を示す平面図である。
【図２】図２は第１の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０１の斜視図である。
【図３】図３は、給電アンテナの基材及びブースターアンテナの基材を除く部分の分解斜視図である。
【図４】図４はＲＦＩＤデバイス３０１のアンテナ部分の等価回路図である。
【図５】図５は給電アンテナ及びブースターアンテナとリーダライタアンテナとの結合の様子を示す図である。
【図６】図６は給電コイル２１の共振周波数、ブースターアンテナの共振周波数、及びリーダライタアンテナと結合して通信する周波数の関係を示す図である。
【図７】図７は第２の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０２の分解斜視図である。
【図８】図８はＲＦＩＤデバイス３０２のアンテナ部分の等価回路図である。
【図９】図９は第３の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０３の斜視図である。
【図１０】図１０はＲＦＩＤデバイス３０３の分解斜視図である。
【図１１】図１１（Ａ）は給電アンテナ２２０の斜視図、図１１（Ｂ）は給電コイルとブースターコイルとの位置関係を示す図である。
【図１２】図１２はＲＦＩＤデバイス３０３のアンテナ部分の等価回路図である。
【図１３】図１３はＲＦＩＤデバイス３０３のリターンロス特性（Ｓ１１）をスミスチャート上に表した図である。
【図１４】図１４はＲＦＩＤデバイス３０３の通過特性（Ｓ２１）を示す図である。
【図１５】図１５は第４の実施形態のＲＦＩＤデバイス３０４の平面図である。
【図１６】図１６はＲＦＩＤデバイス３０４のリターンロス特性（Ｓ１１）をスミスチャート上に表した図である。
【図１７】図１７はＲＦＩＤデバイス３０３の通過特性（Ｓ２１）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０１の斜視図である。図３は、給電アンテナの基材及びブースターアンテナの基材を除く部分の分解斜視図である。このＲＦＩＤデバイス３０１は、ＨＦ帯のＲＦＩＤシステムに用いられるＲＦＩＤタグとして用いられる。例えばＲＦＩＤデバイス３０１は携帯電子機器内に備えられる。
【００２１】
このＲＦＩＤデバイス３０１は、図２に示すように、ＲＦＩＣチップ２３と、ＲＦＩＣチップ２３に接続された給電アンテナ２１０と、給電アンテナ２１０に結合するブースターアンテナ１１０とを備える。
【００２２】
ＲＦＩＣチップ２３は、ＲＦＩＤ用ＩＣチップであって、メモリ回路やロジック回路、クロック回路等を有し、ＲＦ信号を処理する集積回路チップとして構成されている。
給電アンテナ２１０は、給電アンテナ基材２０、給電コイル２１及びＲＦＩＣチップ２３を備えている。給電コイル２１は複数層に亘って複数ターンの矩形スパイラル状の導体パターンが形成されている。複数層の矩形スパイラル状の導体パターンは、同方向の磁束の通過により生じる誘導電流の方向が同方向になるように、層間接続導体を介して接続されている。この給電コイル２１の両端に入出力電極２２Ａ，２２Ｂとして形成されていて、この入出力電極２２Ａ，２２ＢにＲＦＩＣチップ２３が接続されている。
【００２３】
ブースターアンテナ１１０は、第１ブースターコイル１１１と第２ブースターコイル１１２を含んで構成されている。第１ブースターコイル１１１はコイル１１とコイル１３とで構成されていて、第２ブースターコイル１１２はコイル１２とコイル１４とで構成されている。コイル１１とコイル１２とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。同様に、コイル１３とコイル１４とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。
【００２４】
給電コイル２１は、第１ブースターコイル１１１と第２ブースターコイル１１２との隣接する位置に重ねて配置されている。
【００２５】
第１ブースターコイル１１１（１１，１３）に対する第２ブースターコイル１１２（１２，１４）の巻回方向は、給電コイル２１が第１ブースターコイル１１１及び第２ブースターコイル１１２に対して電磁界を介して同相で結合する方向である。
【００２６】
図４はＲＦＩＤデバイス３０１のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタＬ０は給電コイル２１に相当し、給電回路２３ＦはＲＦＩＣチップ２３の給電回路である。また、インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はコイル１１，１２，１３，１４にそれぞれ相当する。キャパシタＣ１はコイル１１とコイル１３との間に生じる容量に相当し、キャパシタＣ２はコイル１２とコイル１４との間に生じる分布容量またはパターンでの容量に相当する。
【００２７】
相互インダクタンスＭ３はコイル１１，１２間の磁界結合に相当し、相互インダクタンスＭ５はコイル１３，１４間の磁界結合に相当する。相互インダクタンスＭ４はコイル１１，１３間の磁界結合に相当し、相互インダクタンスＭ６はコイル１２，１４間の磁界結合に相当する。
【００２８】
相互インダクタンスＭ１は給電コイル２１と第１ブースターコイル１１１（コイル１１，１３）との間の磁界結合に相当し、相互インダクタンスＭ２は給電コイル２１と第２ブースターコイル１１２（コイル１２，１４）との間の磁界結合に相当する。
【００２９】
図５は給電アンテナ及びブースターアンテナとリーダライタアンテナとの結合の様子を示す図である。図５（Ａ）は給電コイル２１とコイル１１，１２に流れる電流の方向を矢印で表している。図５（Ｂ）はリーダライタアンテナの磁束が給電アンテナ及びブースターアンテナを通る様子を磁力線で表した図である。
【００３０】
図５（Ａ）に示すように、給電コイル２１は、第１ブースターコイル（コイル１１，１３）及び第２ブースターコイル（コイル１２，１４）と電磁界を介して結合する。すなわち、給電コイル２１のうち、図５における左半分を第１領域、右半分を第２領域とすると、第１領域が第１ブースターコイル（コイル１１，１３）と重なるように、第２領域が第２ブースターコイル（コイル１２，１４）と重なるように配置されている。よって、給電コイル２１の第１領域が第１ブースターコイル（コイル１１，１３）と電磁界を介して結合し、給電コイル２１の第２領域が第２ブースターコイル（コイル１２，１４）と電磁界を介して結合する。
【００３１】
給電コイル２１は、コイル自身が持つインダクタンス成分（図４に示したインダクタＬ０）と給電コイル２１の線間容量で構成されるキャパシタンス成分と、さらにはＲＦＩＣチップ自身が有する浮遊容量とを有するので、これらによりＬＣ共振回路を構成し、共振周波数を有する。以下、この共振周波数を「給電コイルの共振周波数」と呼ぶ。
【００３２】
ブースターアンテナ１１０は、インダクタＬ１〜Ｌ４及びキャパシタＣ１，Ｃ２によるＬＣ共振回路で構成される共振周波数を有する。
【００３３】
したがって、図５（Ａ）・図５（Ｂ）に示すように、ある瞬間、給電コイル２１に図中矢印ａ，ｂの方向に電流が流れると、ブースターアンテナのコイル１１〜１４には図中矢印ｃ〜ｊの方向に電流が誘起される。すなわち、給電コイル２１に矢印ａ及び矢印ｂの電流が流れると、矢印ａの電流によって、第１ブースターコイル（コイル１１，１３）に矢印ｃ、矢印ｄ、矢印ｅ及び矢印ｆの電流が流れ、矢印ｂの電流によって第２ブースターコイル（コイル１２，１４）に矢印ｇ、矢印ｈ、矢印ｉ、矢印ｊの電流が流れる。つまり、第１ブースターコイルと第２ブースターコイルには同方向に電流が流れ、その結果、図５（Ｂ）に示すような磁界Ｈ１及び磁界Ｈ２が発生する。リーダライタアンテナの磁束は給電コイル２１を直接通過しない。換言すると、リーダライタアンテナから給電コイル２１は等価的に見えない。そのため、従来のアンテナのようなヌル点は生じない。
【００３４】
リーダライタアンテナの磁束が給電コイル２１を直接通過しないための条件は、第１ブースターコイルと第２ブースターコイルとが隣接する部分における第１ブースターコイル（コイル１１，１３）の内周から第２ブースターコイル（コイル１２，１４）の内周までの距離Ｂが、給電コイル２１の外周の幅Ａよりも大きいことである。この条件を満たすように、給電コイル２１とコイル１１〜１４の大きさと位置関係を定めればよい。
【００３５】
第１の実施形態に係るアンテナによれば、給電コイルとブースターコイルとの結合度を大きくすることができ、ＲＦ信号の伝達効率が高い。また、ヌル点が発生しにくい。特に図５のように、給電コイル２１の一部が、第１ブースターコイル１１，１３と第２ブースターコイル１２，１４とが隣接する部分にそれぞれ重なっており、各ブースターコイル１１〜１４が隣接する部分においては互いに逆方向の電流が流れるため、給電コイル２１においては給電コイル２１を周回するような電流が流れる。すなわち、給電コイル２１に流れる電流がブースターコイル１１〜１４に流れる電流によって打ち消されにくいようになっているため、給電コイル２１とブースターコイル１１〜１４との結合度を大きくできる。
【００３６】
図６は給電コイル２１の共振周波数、ブースターアンテナの共振周波数、及びリーダライタアンテナと結合して通信する周波数の関係を示す図である。図６の横軸は周波数、縦軸はアンテナのリターンロスである。給電コイル２１の共振周波数（または、給電コイル２１と給電回路２３Ｆとによる共振周波数）ｆａはブースターアンテナの共振周波数ｆｂより高い。例えばｆａ＝１４ＭＨｚ、ｆｂ＝１３．６ＭＨｚ、通信周波数ｆｏは１３．５６ＭＨｚである。
【００３７】
仮に、給電コイルの共振周波数とブースターアンテナの共振周波数が同じであると、縮退が解け、給電コイルとブースターアンテナとが結合しにくくなってしまう。また、給電コイルの共振周波数ｆａがブースターアンテナの共振周波数ｆｂより低いと、給電コイルとブースターアンテナとの結合が容量性で結合することになるが、コイル同士の容量結合は強くならず、その結果、高い結合強度が得られない。
【００３８】
第１の実施形態では上述のとおり、給電コイル２１の共振周波数ｆａはブースターアンテナの共振周波数ｆｂより高いので、給電コイルとブースターアンテナとが誘導性で結合することになり、高い結合強度が得られる。
【００３９】
また、リーダライタアンテナの共振周波数は通信周波数ｆｏまたはｆｏ付近に設定されていて、ブースターアンテナの共振周波数ｆｂは通信周波数ｆｏに等しいかまたは略等しく設定されている。そして給電コイル２１の共振周波数ｆａがブースターアンテナの共振周波数ｆｂより高く、通信周波数ｆｏより高く設定されているので、ブースターアンテナがリーダライタアンテナと近接して強く結合したときのブースターアンテナの共振周波数ｆｂが高周波側にシフトする量が抑制される。そのため、リーダライタアンテナと強く結合したときのヌル点が発生しにくいという効果を奏する。これは、近接する二つの共振器（この場合、ブースターアンテナと給電コイル）が磁気結合しているので、互いの共振周波数に近づく方向の周波数変化を抑制しあうという効果を利用している。
【００４０】
また、図４に示したように、ブースターアンテナにおけるインダクタＬ１〜Ｌ４は、相互インダクタンスＭ３〜Ｍ６で互いに結合しているため、インダクタＬ１〜Ｌ４を単純に合わせたインダクタンス値よりも、全体の実効的なインダクタンス値は大きい。その結果、小型でも十分なインダクタンス値を有するブースターアンテナを実現できる。
【００４１】
《第２の実施形態》
図７は第２の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０２の分解斜視図である。
【００４２】
このＲＦＩＤデバイスは、ＲＦＩＣチップ２３と、ＲＦＩＣチップ２３に接続された給電アンテナ２１０と、給電アンテナ２１０の給電コイル２１に結合するブースターアンテナ１２０とを備える。図７においては、給電アンテナ２１０の基材を図示していない。
【００４３】
第２の実施形態では、コイル１１が第１のブースターコイルであり、コイル１２が第２のブースターコイルである。
【００４４】
図８はＲＦＩＤデバイス３０２のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタＬ０は給電コイル２１に相当し、給電回路２３ＦはＲＦＩＣチップ２３の給電回路である。また、インダクタＬ１，Ｌ２はコイル１１，１２にそれぞれ相当する。キャパシタＣ１はコイル１１，１２の線間分布容量またはパターンでの容量に相当する。
【００４５】
このように、一層に形成した二つのコイル１１，１２のみでブースターアンテナを構成してもよい。但し、第１の実施形態で示したように、複数層に形成したコイルでブースターアンテナを構成した方が、必要なインダクタンス成分及びキャパシタンス成分を得るために要する面積を縮小化できる。
【００４６】
《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係るＲＦＩＤデバイス３０３の斜視図である。図１０はＲＦＩＤデバイス３０３の分解斜視図である。但し、図９・図１０の何れも、ブースターアンテナの基材の図示を省略し、導体部分のみを図示している。
【００４７】
このＲＦＩＤデバイス３０３は、給電アンテナ２２０と、給電アンテナ２２０に結合するブースターアンテナ１３０とを備える。
【００４８】
給電アンテナ２２０は、給電アンテナ基材２０、給電コイル２１及びＲＦＩＣチップ２３を備えている。給電コイル２１は複数層に亘って複数ターンの矩形スパイラル状の導体パターンが形成されている。この給電コイル２１の両端にＲＦＩＣチップ２３が接続されている。
【００４９】
ブースターアンテナ１３０は、第１ブースターコイル１２１と第２ブースターコイル１２２を含んで構成されている。第１ブースターコイル１２１はコイル１１とコイル１３とで構成され、第２ブースターコイル１２２はコイル１２，１４及びパッド電極１５，１６で構成されている。コイル１１とコイル１２とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。同様に、コイル１３とコイル１４とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。
【００５０】
第１ブースターコイル１２１は９ターン巻回されたコイル１１と９ターン巻回されたコイル１３とで構成されている。第２ブースターコイル１２２は９ターン巻回されたコイル１２と９ターン巻回されたコイル１４とで構成されている。いずれのコイルも図９においては図面の煩雑化を避けるためターン数を減らして描いている。
【００５１】
給電アンテナ２２０は、第１ブースターコイル１２１と第２ブースターコイル１２２との隣接する位置に重ねて配置されている。この状態で、給電アンテナ２２０の給電コイル２１の一部が、第１ブースターコイル１２１のコイル１１，１３の一部と重なり、給電アンテナ２２０の給電コイル２１の一部が、第２ブースターコイル１２２のコイル１２，１４の一部と重なる。
【００５２】
第１ブースターコイル１２１（コイル１１，１３）に対する第２ブースターコイル１２２（コイル１２，１４）の巻回方向は、給電コイル２１が第１ブースターコイル１２１及び第２ブースターコイル１２２に対して電磁界を介して同相で結合する方向である。
【００５３】
コイル１２の内周端にはパッド電極１５が接続されていて、コイル１４の内周端はパッド電極１６が接続されている。この二つのパッド電極１５，１６はパウチングされていて、直流的に導通している。第１ブースターコイル１２１の構成は、第１の実施形態で図３に示した第１ブースターコイル１１１と基本的に同様である。
【００５４】
図１１（Ａ）は給電アンテナ２２０の斜視図、図１１（Ｂ）は給電コイルとブースターコイルとの位置関係を示す図である。
図１１（Ａ）に示すように、給電アンテナ２２０は、７ターン巻回された２層の矩形スパイラル状導体パターンで構成されている。この給電アンテナ２２０の外形寸法は５ｍｍ角である。２層の矩形スパイラル状導体パターンは同方向の磁束の通過により生じる誘導電流の方向が同方向になるように、層間接続導体を介して接続されている。矩形スパイラル状導体パターンは、銅、銀、アルミニウム等の金属箔をエッチング等によりパターニングしたものであり、この矩形スパイラル状パターンはポリイミドや液晶ポリマ等の熱可塑性樹脂シートからなる給電アンテナ基材２０に設けられている。
【００５５】
給電アンテナ２２０にはコンデンサチップ２４を備えている。コンデンサチップ２４は給電コイル２１及びＲＦＩＣチップ２３に対して並列に接続されている。このコンデンサチップ２４は、給電アンテナ２２０の共振周波数を調整するために設けられている。この給電アンテナ２２０の共振周波数は１４ＭＨｚに設定されている。
【００５６】
図１０、図１１（Ｂ）から明らかなように、給電コイル２１は、第１ブースターコイル（コイル１１，１３）及び第２ブースターコイル（コイル１２，１４）と電磁界を介して結合している。すなわち、給電コイル２１のうち、図１１（Ｂ）に示す下半分を第１領域とし、上半分を第２領域とすると、第１領域が第１ブースターコイル（コイル１１，１３）と重なるように、第２領域が第２ブースターコイル（コイル１２，１４）と重なるように配置されている。よって、給電コイル２１の第１領域が第１ブースターコイル（コイル１１，１３）と電磁界を介して結合し、給電コイル２１の第２領域が第２ブースターコイル（コイル１２，１４）と電磁界を介して結合する。
【００５７】
第１ブースターコイル１２１と第２ブースターコイル１２２とが隣接する部分における第１ブースターコイル（コイル１１，１３）の内周から第２ブースターコイル（コイル１２，１４）の内周までの距離をＢ、給電コイル２１の外周の幅をＡで表すと、Ａ＜Ｂの関係とする。この関係により、リーダライタアンテナの磁束が給電コイル２１を直接通過しない。そのため、ヌル点は生じない。
【００５８】
図１２はＲＦＩＤデバイス３０３のアンテナ部分の等価回路図である。ここでインダクタＬ０は給電コイル２１に相当し、給電回路２３ＦはＲＦＩＣチップ２３の給電回路である。また、インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はコイル１１，１２，１３，１４にそれぞれ相当する。キャパシタＣ１はコイル１１とコイル１３との間に生じる容量に相当する。
【００５９】
キャパシタＣ０は給電アンテナ２２０に設けられているコンデンサチップ２４に相当する。図１０に示したパッド電極１５，１６はパウチングされているので、図４に示したキャパシタＣ２に相当するキャパシタは無い。そのため、ブースターアンテナ１３０のキャパシタンス成分を大きくでき、所定の共振周波数を得るために要するブースターアンテナのサイズをより小さくできる。
【００６０】
ブースターアンテナを構成する矩形スパイラル状導体パターンは、銅、銀、アルミニウム等の金属箔をエッチング等によりパターニングしたものであり、ＰＥＴ等の熱硬化性樹脂シートからなる給電アンテナ基材２０に設けられている。なお、ブースターアンテナ１３０はＹ方向の幅Ｗ１が２５ｍｍ、Ｘ方向の幅Ｗ２が１０ｍｍである。このブースターアンテナの共振周波数は１３．５６ＭＨｚに設定されている。
【００６１】
なお、パッド電極１５とパッド電極１６とはビアホール電極等の層間接続導体を利用して接続してもよい。
【００６２】
図１３はＲＦＩＤデバイス３０３のリターンロス特性（Ｓ１１）をスミスチャート上に表した図である。この例では周波数を９．０ＭＨｚから２５．０ＭＨｚまでスイープしている。図中ｍ１で示す点が１３．５６ＭＨｚである。このように、インピーダンス軌跡の途中のｍ１で示す位置に一つのループが生じていることから、共にＬＣ共振回路である給電アンテナ２２０とブースターアンテナ１３０との結合により、共振点が二つできていることがわかる。また、図１４はＲＦＩＤデバイス３０３の通過特性（Ｓ２１）を示す図である。この図において周波数ｆｒは共振周波数、ｆａは反共振周波数である。このように共振周波数ｆｒは使用周波数である１３．５６ＭＨｚ付近の周波数としている。
【００６３】
《第４の実施形態》
図１５は第４の実施形態のＲＦＩＤデバイス３０４の平面図である。このＲＦＩＤデバイス３０４は、給電アンテナ２２０と、この給電アンテナ２２０に結合するブースターアンテナ１３４とを備える。
【００６４】
給電アンテナ２２０は、給電アンテナ基材２０、給電コイル２１及びＲＦＩＣチップ２３を備えている。給電コイル２１は複数層に亘って複数ターンの矩形スパイラル状の導体パターンが形成されている。この給電コイル２１の両端にＲＦＩＣチップ２３が接続されている。この給電アンテナ２２０は第３の実施形態で示した給電アンテナ２２０と同じものである。
【００６５】
ブースターアンテナ１３４は、第１ブースターコイル１２１と第２ブースターコイル１２２を含んで構成されている。第１ブースターコイル１２１はコイル１１とコイル１３とで構成され、第２ブースターコイル１２２はコイル１２，１４及びパッド電極１５，１６で構成されている。コイル１１とコイル１２とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。同様に、コイル１３とコイル１４とは互いに隣接配置されているとともに、直列接続されている。
【００６６】
第１ブースターコイル１２１は９ターン巻回されたコイル１１と９ターン巻回されたコイル１３とで構成されている。第２ブースターコイル１２２は９ターン巻回されたコイル１２と９ターン巻回されたコイル１４とで構成されている。但し、図１５においては、図面の煩雑化を避けるため各コイルのターン数を減らして描いている。
【００６７】
第３の実施形態と異なり、第４の実施形態のＲＦＩＤデバイス３０４では、ブースターアンテナ１３４のコイル１１，１３の形成領域とコイル１２，１４の形成領域との間の間隔Ｓを設けている。
【００６８】
給電アンテナ２２０は、第１ブースターコイル１２１と第２ブースターコイル１２２とにそれぞれ重なる位置に配置されている。この状態で、給電アンテナ２２０の給電コイル２１の一部が、第１ブースターコイル１２１のコイル１１，１３の一部と重なり、給電アンテナ２２０の給電コイル２１の一部が、第２ブースターコイル１２２のコイル１２，１４の一部と重なる。
【００６９】
図１６はＲＦＩＤデバイス３０４のリターンロス特性（Ｓ１１）をスミスチャート上に表した図である。この例では周波数を９．０ＭＨｚから２５．０ＭＨｚまでスイープしている。図中ｍ１で示す点が１３．５６ＭＨｚである。この構造によっても、インピーダンス軌跡の途中のｍ１で示す位置に一つのループが生じていることから共振点が二つできていることがわかる。また、図１７はＲＦＩＤデバイス３０３の通過特性（Ｓ２１）を示す図である。この図において周波数ｆｒは共振周波数、ｆａは反共振周波数である。共振周波数ｆｒは使用周波数である１３．５６ＭＨｚ付近の周波数としている。第３の実施形態で図１４に示した通過特性と比較して明らかなように、第１ブースターアンテナ１２１と第２ブースターアンテナ１２２との間隔Ｓを第１ブースターコイル及び第２ブースターコイルの導体間隔より広げたことにより、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間隔が広がる。この理由は、第１ブースターアンテナ１２１と第２ブースターアンテナ１２２との間隔Ｓが広くなり、第１ブースターアンテナ１２１と第２ブースターアンテナ１２２の渦巻き部間の磁気結合が弱くなるので、反共振点の周波数が下がるものと考えられる。
【００７０】
このように共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの差が大きくなることにより、アンテナの共振周波数と反共振周波数との差が広がり、なだらかな共振特性になる。このため、通信相手（リーダーアンテナ）との磁気結合の度合いによる中心周波数のずれが小さくなり、その結果、読み取り距離変化（ぶれ）が小さくなる。
【００７１】
《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、給電コイル、ブースターコイルの何れも矩形スパイラル状の導体パターンで構成したが、これらはループ状の導体パターンで構成してもよい。また、ターン数は必要に応じて１ターンであってもよい。
【００７２】
また、以上に示した各実施形態では、給電コイルが第１ブースターコイル及び第２ブースターコイルに対して主に磁界を介して結合する例を示したが、周波数帯域によっては主に電界を介して結合するようにしてもよい。さらには電界及び磁界の両方を介して結合するようにしてもよい。これは高周波信号の場合に、給電コイルとブースターアンテナとの間の静電容量でも十分にエネルギーが伝達されるからである。
【００７３】
また、以上に示した各実施形態では、ＨＦ帯のＲＦＩＤデバイスに適用する例を示したが、本発明はＨＦ帯に限らず例えばＵＨＦ帯のＲＦＩＤデバイスにも同様に適用できる。
【００７４】
また、ＲＦＩＤタグ用のアンテナとして利用することもできるし、リーダライタ用のアンテナとして利用することもできる。また、ＲＦＩＤシステム以外の通信システム用アンテナとして利用してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２…磁束
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
ｆａ…給電コイルの共振周波数
ｆｂ…ブースターアンテナの共振周波数
ｆｏ…通信周波数
Ｈ１，Ｈ２…磁界
Ｌ０〜Ｌ４…インダクタ
Ｍ１〜Ｍ６…相互インダクタンス
１１〜１４…コイル
１５，１６…パッド電極
２０…給電アンテナ基材
２１…給電コイル
２２Ａ，２２Ｂ…入出力電極
２３…ＲＦＩＣチップ
２３Ｆ…給電回路
２４…コンデンサチップ
１１０，１２０，１３０…ブースターアンテナ
１１１，１２１…第１ブースターコイル
１１２，１２２…第２ブースターコイル
２１０，２２０…給電アンテナ
３０１〜３０３…ＲＦＩＤデバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月27日(2012.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ブースターコイルと第２ブースターコイルとで構成されるブースターアンテナと、このブースターアンテナに結合する給電コイルとを備え、
前記第１ブースターコイルと前記第２のブースターコイルは直列接続され、
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとは互いに隣接配置され、
前記給電コイルは、前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとの隣接する位置に重ねて配置され、
前記第１ブースターコイルに対する前記第２ブースターコイルの巻回方向は、前記給電コイルが前記第１ブースターコイル及び前記第２ブースターコイルに対して電磁界を介して同相で結合する方向であり、
前記第１ブースターコイル及び前記第２ブースターコイルは複数の層に積層配置されていて、
層方向に隣接する第１のブースターコイル同士または層方向に隣接する第２のブースターコイル同士の少なくとも一方は容量を介して結合している、アンテナ。
【請求項２】
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとが隣接する部分における前記第１ブースターコイルの内周から前記第２ブースターコイルの内周までの距離は、前記給電コイルの外周の幅よりも大きい、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１ブースターコイルと前記第２ブースターコイルとの間隔は前記第１ブースターコイル及び第２ブースターコイルの導体間隔より広い、請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記給電コイルの共振周波数、または前記給電コイルとこの給電コイルに接続される給電回路とによる回路の共振周波数は、前記ブースターアンテナの共振周波数よりも高い、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナと、前記アンテナの給電コイルに接続された給電回路とを備え、前記給電回路にＲＦＩＣを備えたＲＦＩＤデバイス。
【国際調査報告】
2012005278.tif 000020
2012005278.tif 000021
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